초록 ▼

연구의 목적 및 내용:
목적: 노화과정에서 autophagy/autophagic cell death를 통한 adaption과 이의 부적절한 조절이 응집질환(aggregation disease)에 기여하는 분자적 과정을 Atg와 E2-25K를 포함하는 유전자 발굴과 in vitro, in vivo mouse 연구를 통해 이해하고, drug target을 제시하고, 그 활성을 제어하고자 함.
내용▪Autophagy, cell death, ageing의 분자기전규명을 통한 aggregation disease의 pathogene

연구의 목적 및 내용:
목적: 노화과정에서 autophagy/autophagic cell death를 통한 adaption과 이의 부적절한 조절이 응집질환(aggregation disease)에 기여하는 분자적 과정을 Atg와 E2-25K를 포함하는 유전자 발굴과 in vitro, in vivo mouse 연구를 통해 이해하고, drug target을 제시하고, 그 활성을 제어하고자 함.
내용▪Autophagy, cell death, ageing의 분자기전규명을 통한 aggregation disease의 pathogenesis를 이해하고자함. 이를 위해 high contents screening으로 autophagy, cell death, aggregation disease 조절 신규 유전자를 다수 발굴(>10개), 6개 유전자의 기능을 규명하고,pathway map을 작성함. ▪Atg, E2-25K, 신규유전자 등의 transgenic mouse와 knockout mouse를 제조, 분석하며, 질병모델, 인간 질병에서 발현이상을 조사 하고자 함. 또 치매, 헌팅턴, Ischemia 등 질병모델에서 mouse 연구를 통하여 disease modifier로서 새로운 개념을 확보 함.
▪Aggregation disease에서 druggable target을 도출하고, 활성제어제를 발굴하고자 함.
연구결과:
Autophagy와 cell death를 조절하는 새로운 유전자를 22개 발굴하고, 11개 유전자의 분자기능을 규명하고, Atg5, E2, dtau, PDAPP transgenic과 knockout mice를 제조, aggregation disease에 미치는 영향을 분석, autophagy activation을 통한 aggregation 제어 model을 제시 함.
▪Autophagy/cell death/Ageing disease조절 신규유전자를 cDNA library로부터 high contents screening으로 Scamp5 포함 22개발굴.
▪Autophagy/cell death/ageing disease 조절유전자 분자 기전 분석 I, II (Scamp5, Tx9, Atg5,Scamp5, OPN, CLN3, Tx9, Prx6, FOXRED2, Prion, IRE1, G6PT 등 11개 유전자의 기능규명) 및 항체제조, mouse 조직과 AD, HD 등 환자조직에서 발현 분석
▪Autophagy 조절유전자 Atg5 transgenic (tg) mouse 4 line제조, primary culture와 Atg5/LC3 double tg mice에서 autophagy 증가 및 longevity 17% 증가 발견 (8년 연구) ▪Atg Tg mice에서 노화질병 억제I, II: senescence 지연 발견
-in vitro primary cell에서 ischemic damage, oxidative stress 감소, autophagy 증가, Htt 응집감소
-in vivo heart에서 ischemic damage model에서 infarct 감소 발견. ▪Atg Tg mice에서 노화질병 증감 조사: WT대비 less obesity 발견, 분자특성 규명, Amyloid beta(icv injection)에 의한 memory impairment 분석 (차이 미미->새로운 brain-specific tg 제조) 및 ▪Atg5/Tau double tg mice에서 tau pathology에 미치는 Atg5 영향분석 ▪Atg Tg mice에서 longevity 조절: 뇌 간 심장, fat 조직에서 miroarray결과, autophagy 조절후보 유전자 분석으로 extended longevity model 제시(Aldolase, TORC, MAP, JAK signal pathway 등)
▪E2-25K knockout mice(-/-)에서 노화질병억제:
-in vitro: huntingtin aggregation 감소, ischemic damage 억제, amyloid beta neurotoxicity 감소 발견, oxidative stress, ER stress 감소 발견
-in vivo: amyloid beta icv injection에 의한 memory impairment 억제 발견
▪E2-25K knockout mice(-/-)에서 노화질병조사(in vivo): E2-25K/dtau double tg mice 제조
▪노화질환 제어제 도출 (Autophagy activation druggable target, E2 target화)과 lithium에 의한 배턴씨 병에서 응집현상 회복에 대한 제어제 제시, senescence 조절 화합물 발굴
연구결과의 활용계획:
▪Autophagy와 non-apoptotic, apoptotic cell death, ageing process 신호전달 기작 심층이해
▪후속 연구를 통한 발굴유전자의 기전 심층 분석 및 역할 규명
▪Aggregates의 생성, 제거에 대한 in vitro, in vivo 활성 이해 및 병리적 현상관련 factor 도출
▪in vivo validation(mouse model)을 통한 drug target 도출; Autophagy activation을 통한 therapeutics window 제공
▪Autophagy 조절(activation)을 통한 뇌질환, 노화, 허혈, oxidative stress 조절 제시, 산업화 지원 가능

Abstract ▼

Purpose&contents:
Purpose: To understand molecular mechanism of autophagy/apoptosis/ageing process and their role in aggregation diseases, such as Alzheimer's disease, Huntington disease, Ischemic damage, new pathway modifiers in autophagy and cell death will be isolated with functional screening

Purpose&contents:
Purpose: To understand molecular mechanism of autophagy/apoptosis/ageing process and their role in aggregation diseases, such as Alzheimer's disease, Huntington disease, Ischemic damage, new pathway modifiers in autophagy and cell death will be isolated with functional screening using cDNA and will be characterized. Especially, in vivo roles of Atg5 and E2-25K will be examined to elucidate their contribution to autophagy/apoptosis/ageing/aggregation diseases, which may lead to elucidation of new drug target(s) for diseases and therapeutics.
Contents:▪Using high contents screen, new regulatory genes in autophagy, death, and aggregation disease will be isolated (>10), characterized for their function (>6) and mapped in signal pathway,
▪Atg5, E2, and other transgenic mouse and knockout mouse will be generated and characterized for in vivo role in autophagy and aggregation disease, identifying disease modifier.
▪Elucidation of druggable target and activator/inhibitor in aggregation disease
Result:
(Summary) New 22 genes regulating autophagy and cell death were isolated from screen and 11 genes were have been characterized for their molecular function. Especially, Atg5, E2, dtau, PDAPP transgenic과 knockout mice were generated and examined in aggregation disease, providing a new model in autophagy activation and aggregation.
▪New 22 genes, including Scamp5 and Tx9, regulating autophagy and cell death were isolated from cDNA library using HCS.
▪Elucidation of molecular mechanism in autophagy/cell death/ageing disease I, II (Scamp5, Tx9, Atg5, Scamp5, OPN, CLN3, Tx9, Prx6, FOXRED2, Prion, IRE1, G6PT etc) and expressional
regulation in the tissues of mouse and AD and HD patients.
▪Generation of Atg5 transgenic (Tg) mouse (4 lines) and increased autophagy in Atg5/LC3 double tg mice and enhanced longevity by 17% in Atg5 tg mice. ▪Aggregation disease pathology in Atg5 Tg mice I, II: senescence
-in vitro primary cell: suppression of ischemic damage, oxidative stress, Htt aggregation
-in vivo: reduced infarct under ischemic damage model
▪Ageing-associated disease in Atg Tg mice: less obese in Atg5 tg mice, no big difference in amyloid beta(icv injection)-induced memory impairment.
▪Generation of Atg5/Tau double tg mice and no apparent effects on tau pathology.
▪Examination of Atg5 tg mice longevity pathway by cDNA microarray(Aldol, TORC, MAP, etc)
▪Using E2-25K knockout mice(-/-):
-in vitro: attenuation of huntingtin aggregation, ischemic damage, A beta neurotoxicity, oxidative stress, and ER stress
-in vivo: suppression of memory impairment triggered by amyloid beta icv injection
▪Generation of E2-25K knockout mice(-/-)/dtau double tg mice
▪Druggable target (autophagy activation and E2) and lithium as a therapeutics of batten disease
Expected Contribution:
▪Deep understanding Autophagy, non-apoptotic, apoptotic cell death, and ageing process
▪Allowing advanced research based on the results of this research (new clones and tg mice etc)
▪Elucidation of new factors controling aggregate formation and clearance in vitro and in vivo
▪Postulation of druggable targets and therapeutics window via in vivo validation(mouse model) and autophagy activation.
▪Supporting and advising research and commercialization in autophagy and its associated disease in industry and biotech company.

목차 Contents

• 도약연구사업(구 창의도약) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 3
• 1. 국문요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 4
• 1. 국문요약문 ... 4
• 2. 영문요약문 ... 5
• Ⅲ. 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 26
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 58
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 62
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 63
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 64
• 8. 참고문헌 ... 65
• 9. 연구성과 ... 66
• 10. 기타사항 ... 74